基于数字控制的大功率IGBT驱动电路研究与设计
发布时间：2021-09-17 04:05
自上个世纪80年代开始,IGBT便凭借驱动功率小、开关速度快、饱和压降低等优点被广泛应用于各种功率变换装置。驱动保护电路作为控制IGBT导通和关断最重要的一环,关系着由IGBT组成的变换装置能否安全、可靠、高效地运行。目前,单纯依靠硬件电路技术实现IGBT驱动保护功能的电路存在保护功能不完善、故障信息无法分类和反馈、死区时间固定等问题。为解决这些问题,本文设计了以数字芯片CPLD为核心的带有智能故障管理系统的IGBT数字驱动保护电路,主要开展的研究工作如下:首先研究了 IGBT的机理。包括基本结构、工作原理、基本特性、SOA;结合IGBT导通过程中电压电流变化关系,对导通过程进行了详细分析;对短路故障下的三种短路形式及危害进行了详细研究;对IGBT失效的原因和机理进行了详细的分析。其次分析了 IGBT驱动保护电路的基本要求和基本原理。对IGBT驱动保护电路的驱动部分、保护部分和DC-DC电源部分的设计方法进行了详细的研究与总结。然后对数字控制的IGBT驱动保护硬件电路进行设计,并搭建了整体驱动保护电路的硬件架构。在此架构下,对CPLD核心模块、串口通讯模块、栅极驱动模块、隔离模块、故障...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１ＩＧＢＴ的应用领域概况??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｇｅｎｅｒａｌ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＬＧＢＴｓ??《中国电力电子器件产业发展蓝皮书》（２０１６－２０２０）指出，ＩＧＢＴ产品已经系列化、??
第二章ＩＧＢＴ机理??ＩＧＢＴ作为绝缘栅场效应管（ＭＯＳＦＥＴ）和双极性晶体管（ＢＪＴ）集成的一种复合全控电??压驱动电力电子器件，兼具了?ＭＯＳＦＥＴ和ＢＪＴ的双重特性。并在开关速度、通断能力??和饱和压降上获得了良好的特性，这些优点使ＩＧＢＴ迅速被应用于各类中等电压功率变??换器中［２１］。为了减小通态压降和增加开关速度，目前ＩＧＢＴ正逐渐向着高电压大电流的??方向发展。??２．１?ＩＧＢＴ基本结构和工作原理??２．１．１?ＩＧＢＴ基本结构??ＩＧＢＴ通过将ＢＪＴ的电导调制效应引入到ＶＤＭＯＳ的高阻漂移区，使得器件的导通??特性大大改善［２２］。如图２．１分别为Ｎ沟道的ＭＯＳＦＥＴ和ＩＧＢＴ的内部结构图，可以看??出，在结构上，ＩＧＢＴ和ＭＯＳＦＥＴ及其相似，仅是在Ｎ沟道的ＭＳＯＦＥＴ的Ｎ＋基板上增??加了一个Ｐ＋基板，从而形成了一个新的ＰＮ结Ｊｕ??源极Ｓ?Ｃ）?（）栅极Ｇ?发射Ｅ＜）?Ｃ）Ｇ??
电流上升时间，从集电极电流／〇导通时的１０％上升到９０％所需要的时间；??匕＃关断时间，从有效的关断信号产生到ＩＧＢＴ完全关断（集电极电流／ｃ为导通时??的１０％）所需要的时间如游＋０??关断延时时间，从栅极电压Ｆｇ￡下降到自身９０％幅值时起，到ＩＧＢＴ集电极??电流下降／Ｃ到自身幅值９０％结束所需要的时间；??０电流下降时间，从集电极电流／ｃ导通时的９０％下降到１０％所需要的时间；??＾．？内置反并联二极管的反向恢复时间；??表２．１ＣＧＥ、Ｃｏｃ、ＣＣＥ和ＩＧＢＴ结电容的关系??Ｔａｂｌｅ?２．１?Ｔｈｅ?ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?Ｃｇｅ，Ｃｇｃ，Ｃｃｅ?ａｎｄ?ＩＧＢＴ?ｊｕｎｃｔｉｏｎ?ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ??Ｃｉｅｓ＝ＣＧＥ＋ＣＧＣ?输入电容?集－射极回路对交流短路且栅－射极电压为??零条件下，栅－射极电容??Ｃｒｅｓ＝Ｃ〇Ｃ?反馈电容（米勒电容）?集－射极回路对交流短路且栅－射极电压为??零条件下，栅－射极电容??Ｃ〇ｅｓ＝ＣＧＣ＋ＣｃＥ?输出电容?栅－射极短路条件下，集－射极电容??
本文编号：3397930
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：104 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１ＩＧＢＴ的应用领域概况??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｇｅｎｅｒａｌ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＬＧＢＴｓ??《中国电力电子器件产业发展蓝皮书》（２０１６－２０２０）指出，ＩＧＢＴ产品已经系列化、??
第二章ＩＧＢＴ机理??ＩＧＢＴ作为绝缘栅场效应管（ＭＯＳＦＥＴ）和双极性晶体管（ＢＪＴ）集成的一种复合全控电??压驱动电力电子器件，兼具了?ＭＯＳＦＥＴ和ＢＪＴ的双重特性。并在开关速度、通断能力??和饱和压降上获得了良好的特性，这些优点使ＩＧＢＴ迅速被应用于各类中等电压功率变??换器中［２１］。为了减小通态压降和增加开关速度，目前ＩＧＢＴ正逐渐向着高电压大电流的??方向发展。??２．１?ＩＧＢＴ基本结构和工作原理??２．１．１?ＩＧＢＴ基本结构??ＩＧＢＴ通过将ＢＪＴ的电导调制效应引入到ＶＤＭＯＳ的高阻漂移区，使得器件的导通??特性大大改善［２２］。如图２．１分别为Ｎ沟道的ＭＯＳＦＥＴ和ＩＧＢＴ的内部结构图，可以看??出，在结构上，ＩＧＢＴ和ＭＯＳＦＥＴ及其相似，仅是在Ｎ沟道的ＭＳＯＦＥＴ的Ｎ＋基板上增??加了一个Ｐ＋基板，从而形成了一个新的ＰＮ结Ｊｕ??源极Ｓ?Ｃ）?（）栅极Ｇ?发射Ｅ＜）?Ｃ）Ｇ??
电流上升时间，从集电极电流／〇导通时的１０％上升到９０％所需要的时间；??匕＃关断时间，从有效的关断信号产生到ＩＧＢＴ完全关断（集电极电流／ｃ为导通时??的１０％）所需要的时间如游＋０??关断延时时间，从栅极电压Ｆｇ￡下降到自身９０％幅值时起，到ＩＧＢＴ集电极??电流下降／Ｃ到自身幅值９０％结束所需要的时间；??０电流下降时间，从集电极电流／ｃ导通时的９０％下降到１０％所需要的时间；??＾．？内置反并联二极管的反向恢复时间；??表２．１ＣＧＥ、Ｃｏｃ、ＣＣＥ和ＩＧＢＴ结电容的关系??Ｔａｂｌｅ?２．１?Ｔｈｅ?ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｂｅｔｗｅｅｎ?Ｃｇｅ，Ｃｇｃ，Ｃｃｅ?ａｎｄ?ＩＧＢＴ?ｊｕｎｃｔｉｏｎ?ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ??Ｃｉｅｓ＝ＣＧＥ＋ＣＧＣ?输入电容?集－射极回路对交流短路且栅－射极电压为??零条件下，栅－射极电容??Ｃｒｅｓ＝Ｃ〇Ｃ?反馈电容（米勒电容）?集－射极回路对交流短路且栅－射极电压为??零条件下，栅－射极电容??Ｃ〇ｅｓ＝ＣＧＣ＋ＣｃＥ?输出电容?栅－射极短路条件下，集－射极电容??
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